(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル基部を付勢してノズルチップに圧入装着するノズルチップ装着機構を備えた自動分注装置であって、
ノズルチップの各種類ごとに、装着圧入力の値を記憶した装着力テーブルと、
ノズル基部を上下方向に移動させるためのＺ軸モータと、
装着しようとするノズルチップの種類に対応する装着圧入力値を装着力テーブルから取得する圧入力取得手段と、
ノズル基部下降時のＺ軸モータのモータ負荷を監視する負荷監視手段と、
監視しているモータ負荷が、ノズルチップの種類に対応する前記装着圧入力値に達したときに、ノズル基部の降下を停止すべくＺ軸モータを制御するモータ制御手段と、
ノズルチップの正常な装着動作時における前記Ｚ軸モータのモータ負荷の上昇率を記憶する正常上昇率記憶手段と、
前記ノズル基部降下時に前記負荷監視手段で検知した前記モータ負荷の上昇率が、正常上昇率記憶手段に記憶した上昇率を超えた場合に、ジャミングが発生したと判定し、所定のジャミング対応処理を行うジャミング制御手段と、
を備える自動分注装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動分注装置に関し、特に使い捨て（ディスポーザブル）のノズルチップを自動的に装着して分注を行う自動分注装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、収容容器に保存された検体や試薬を、検査用等の小容器に分配するための装置として、自動分注装置が利用されている。自動分注装置では、検体や試薬は所定量が収納容器から真空吸引装置等によって吸引され、それぞれ所定の小容器に吐出される。このような分注装置では、通常、多種類の検体や試薬が連続的に処理されるため、混合や汚染を防止するために前記真空吸引装置の吸引ノズルは吸引対象が変わるごとに、または吸引のたびに、新しいものと交換する必要がある。そのため、従来は、主にプラスチック等の安価な樹脂で構成される使い捨て（ディスポーザブル化された）ノズルチップをノズル基部に装着して使用している。また、このノズルチップを自動で分注装置の真空吸引装置のノズル基部に装着する機構が数多く提案されている。
【０００３】
ノズル基部にノズルチップを装着する場合、装着後の脱落やノズルチップの破損、装着機構に対する過剰負荷を防止するために、ノズル基部は過不足ない力でノズルチップに圧入されなければならない。
【０００４】
このようにノズルチップの装着圧入力の制御のため、従来、例えば特開平１０−３８８９６号公報に開示されるように、スプリングの弾性力を利用していた。すなわち、従来技術では、ノズル基部を駆動機構に対してスプリングを介して保持し、ノズル基部を所定のノズルチップ装着高さ（降下最下点）まで降下させたときに、スプリングが所定量だけ縮むように設定しておくことで、ノズルチップ装着高さで適切な装着圧入力が達成されるようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術では、上記公報にも示されているように、ノズルチップやそれを整列保持するチップラックの寸法誤差、ノズル駆動機構の位置制御誤差などの影響により、ノズル基部が降下最下点に達したときの実際の装着圧入力が想定していた適切な圧入力から大きくずれ、チップ装着不良やチップ破損、ノズル駆動機構の過負荷に繋がる可能性があった。上記従来技術は、このような誤差による装着圧入力のずれを従前よりも大幅に低減したものであったが、そのような「ずれ」を解消することはできず、また装置の構造が複雑であるという問題もあった。また、前述の降下最下点は、ノズルチップの種類（寸法）だけでなくチップラックの種類によっても変わってくるので、事前にそれらノズルチップとチップラックの組合せごとに降下最下点を求めて登録しなければならないという煩わしさがあった。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、事前の設定値登録の処理負担が少なく、簡素な構造でノズルチップ装着圧入力の適切な制御が可能な自動分注装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る自動分注装置は、ノズルチップの各種類ごとに、装着圧入力の値を記憶した装着力テーブルと、ノズル基部を上下方向に移動させるためのＺ軸モータと、装着しようとするノズルチップの種類に対応する装着圧入力値を装着力テーブルから取得する圧入力取得手段と、ノズル基部下降時のＺ軸モータのモータ負荷を監視する負荷監視手段と、監視しているモータ負荷が、ノズルチップの種類に対応する前記装着圧入力値に達したときに、ノズル基部の降下を停止すべくＺ軸モータを制御するモータ制御手段と、を備える。
【０００８】
この構成では、Ｚ軸モータのモータ負荷を監視し、その負荷が装着対象のノズルチップの種類に対応した適切な装着圧入力に達したことを検知してノズルチップの降下を停止させることで、個々のノズルチップの種類に応じた適切な装着圧入力でのチップ装着が可能になる。この構成では、ノズルチップの種類ごとの装着圧入力を装着力テーブルに登録するだけでよく、チップラックの種類については基本的に考慮しなくてよいので、事前の設定値登録のための処理負担が少ない。
そして、本発明では、モータ負荷の上昇率からジャミングを検知する。一般に、ノズル基部がノズルチップ開口部に正しく挿入されていく時とチップラック等に当接した時とでは、後者の方がノズル基部に対する抵抗が大きく、モータ負荷の上昇率も高い。したがって、モータ負荷の上昇率の監視からジャミング発生を検出することができる。
【０００９】
参考例の態様では、自動分注装置は、ノズル基部の高さを監視する高さ監視手段と、記ノズル基部が、ノズルチップ装着高さ範囲として予め設定した所定の範囲より高い位置にあるときに、負荷監視手段で所定のジャミング負荷しきい値を超えるモータ負荷を検知した場合に、ジャミングが発生したと判定し、所定のジャミング対応処理を行うジャミング制御手段とを備える。
【００１０】
この態様では、ノズル基部の水平方向の位置制御の誤差などで、ジャミング（ノズル基部降下時にノズル基部が、ノズルチップ周縁部やチップラックなど本来のチップ開口以外に当接する現象）が発生した場合に、負荷監視手段の検出出力から検知することができる。ジャミングは、ノズル基部がチップラック上面などに接触することにより起こり、その時の接触開始高さ正常なチップ装着時の接触開始高さと異なることが一般的である。この態様では、ノズル基部が正常装着時の接触開始高さの範囲から外れた高さにあるときにモータ負荷が上昇し始めるのを検知すると、ジャミングと判定する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１３】
［実施形態１］
図１は、本発明に係る自動分注装置の要部構成を概略的に示す図である。この構成において、制御回路１０は、自動分注装置全体の処理動作を制御する手段であり、予め登録された分注シーケンス制御プログラムに従って自動分注装置各部の動作を制御する。本実施形態に関する部分では、ノズルのＸ−Ｙ（水平面内）駆動及びＺ軸（上下方向）駆動の制御も、制御回路１０の動作指令に基づき行われる。
【００１４】
Ｘ−Ｙ軸モータ駆動回路１２は、Ｘ−Ｙ軸駆動機構１４に対し、制御回路１０からのＸ−Ｙ方向の動作指令に応じたモータ駆動指令を発する。Ｘ−Ｙ軸駆動機構１４は、このモータ駆動指令に応じてモータ（図示省略）を駆動し、Ｚ軸駆動機構２２を含む分注ヘッド部２０の水平方向移動を制御する。
【００１５】
Ｚ軸モータ駆動回路１６は、Ｚ軸駆動モータ１８に対し、制御回路１０からのＺ方向動作指令に応じた駆動指令を発する。Ｚ軸駆動モータ１８にはこの駆動指令に対応（例えば比例）した駆動電流が供給される。Ｚ軸駆動モータ１８は、サーボモータであり、供給される駆動電流と発生するトルクとの間に一定の関係（例えば比例）がある。Ｚ軸駆動モータ１８は、駆動指令に応じてＺ軸駆動機構２２を動作させ、ノズル基部２４を上下方向に移動させる。Ｚ軸駆動機構２２は、高さ検出部２６を備え、これによりノズル基部２４の高さ（上下方向位置）を監視している。図示は省略しているが、この高さの情報は、制御回路１０にフィードバックされ、ノズル基部２４の位置制御に利用されるが、ノズルチップの装着圧入力が適正か否かの判定には基本的に必要ない。
【００１６】
ノズル基部２４は、ノズルチップ１００又は１１０に嵌合される部位であり、吸引・吐出機構（図示省略）に繋がっている。
【００１７】
ノズルチップ１００及び１１０は、チップラック２００に立設保持される。チップラック２００は、自動分注装置の基台４０上の所定の位置に設置される。チップラック２００は、大サイズのノズルチップ１００用の収容孔と小サイズのノズルチップ用の収容孔を有している。これら大小の収容孔は、決まった配列関係で設けられており、制御回路１０はこの前提の下で所望サイズのノズルチップを装着対象に選択する。
【００１８】
このような駆動機構構成において、本実施形態では、Ｚ軸駆動モータ１８のモータ負荷を監視することにより、ノズル基部２４がノズルチップ１００又は１１０に適切な装着圧入力で圧入されたかどうかを判定する。
【００１９】
ノズルチップには、形状、寸法（場合によっては材質も）が異なるいくつかの種類があり、適切な装着圧入力はそのノズルチップの種類ごとに異なる。そこで、本実施形態では、ノズルチップの種類ごとに、そのチップが適切に装着されているかどうかを判断するための基準となる装着圧入力の基準値を、チップ情報テーブル３２にあらかじめ登録しておく。具体的には、本実施形態では、その基準値を、力の単位ではなく、その圧入力を発生させるときにＺ軸モータ駆動回路１６がＺ軸駆動モータ１８に出す駆動指令の電流値の形で表す。これは、実際の検出値と基準値との比較を容易にするためである。一般に、Ｚ軸駆動モータ１８のモータ負荷は駆動指令と一定の関係（例えば比例）にあるので、駆動指令を監視することで適切な装着圧入力に達したかどうかを判定することができる。なお、このように駆動指令レベルで監視するのは本発明にとって必須のものではなく、例えばモータ負荷を直接監視してもよい。
【００２０】
モータ負荷と装着圧入力の基準値との比較は比較回路３０により行われる。すなわち、比較回路３０は、Ｚ軸モータ駆動回路１６から供給される駆動指令（モータ負荷に対応）と、制御回路１０を介してチップ情報テーブル３２から与えられるノズルチップの装着圧入力の基準値を表す信号とを比較する。比較回路３０の出力は、例えば、駆動指令値が装着圧入力基準値より低いとＬ（ロー）、高いとＨ（ハイ）となる。制御回路１０は、この比較回路３０の出力がＬからＨに変わったときに、モータ負荷が、装着対象のノズルチップの適正な装着圧入力に到達したと判断し、Ｚ軸モータ駆動回路１６に対して降下駆動を停止するよう指示する。なお、駆動指令値が装着圧入力基準値に到達したときに、比較回路３０が制御回路１０に対して一致信号を出力してその旨を通知するようにしてもよい。
【００２１】
なお、制御回路１０から降下の停止を指示しても、制御遅れ等でノズル基部２４は更に若干降下することが考えられる。このような点を考慮して、チップ情報テーブル３２に登録する装着圧入力の基準値を、実際の適切な圧入力の値よりも若干小さい値としておくことも好適である。
【００２２】
図２は、この実施形態の装置における、ノズルチップ装着処理時の制御回路１０の処理手順を示すフローチャートである。
【００２３】
この手順では、制御回路１０は、ノズルチップ装着動作を開始すると、まずこれから装着しようとするノズルチップの種類の情報を取得する（Ｓ１０）。いつ、どのノズルチップを使用するかは、制御回路１０が実行する制御プログラムから分かるので、そのプログラムの情報からノズルチップの種類を取得する。次に制御回路１０は、そのノズルチップ種類に対応する装着圧入力の基準値をチップ情報テーブル３２から取得し、比較回路３０に比較の基準値として設定する（Ｓ１２）。そして、制御回路３０は、Ｘ−Ｙ軸モータ駆動回路１２を制御して、ノズル基部２４を装着対象のノズルチップの上方まで移動させ、Ｚ軸モータ駆動回路１６を制御してノズル基部２４をそのノズルチップに向かって降下させていく。この降下の間、制御回路１０は比較回路３０の出力を監視し、モータ負荷が装着圧入力の基準値に到達したかどうかを判定する（Ｓ１４）。到達していなければ、制御回路１０は監視を続行する。そして、到達を検知すると、制御回路１０は、ノズルチップが適切な装着圧入力で装着された（又は、装着されつつある）と判断し（Ｓ１６）、降下を停止して分注ヘッド部２０を上昇させるなどの指示をＺ軸モータ駆動回路１６に行う。これにより、ノズルチップが、ノズル基部２４に適切に装着された状態で、チップラック２００から抜き出される。
【００２４】
以上、本発明の好適な実施の形態を説明した。この実施形態によれば、ノズルチップを、そのノズルチップの種類に応じた適切な装着圧入力で、ノズル基部に装着することができる。また、本実施形態では、従来技術のように、複雑なスプリング機構が必要ないので、装置構造を簡素化できる。また、本実施形態では、各ノズルチップの種類ごとに適切な装着圧入力の基準値の情報を事前に登録しておくだけでよく、従来技術のようにチップラックの種類との組合せまで考慮する必要がないので、事前登録の負担が軽減される。
【００２５】
［実施形態２］
本実施形態では、上記実施形態１の機能に加え、更にジャミングを検知してそれに応じた制御を行う機能を提供する。ジャミングとは、ノズル基部降下時に、ノズル基部が、ノズルチップ周縁部やチップラックなど、本来挿入されるべきノズルチップの開口以外の部位に当接してしまう現象である。ジャミング状態のままノズル基部の降下を続行すると、過負荷等によるモータの破損などの不具合を招くおそれがあるので、本実施形態ではこれを検知することで不具合の防止を図る。基本的な装置構成については、図１に示したものと同様でよい。
【００２６】
ノズル基部がチップラックの上面やノズルチップの周縁部に当接したときのノズル基部の高さは、ノズル基部が正常にノズルチップ開口部の内壁に当接するときの高さとは一般的に異なる。すなわち、ジャミング時は、ノズル基部の高さが正常時とは異なったところにあるときに、モータ負荷の上昇が始まることになる。そこで、本実施形態では、モータ負荷の上昇が、ノズル基部の高さが正常範囲内にある間に開始されたか否かにより、ジャミング発生を検知する。
【００２７】
図３に、本実施形態の処理手順を示す。この図において、図２に示したのと同様の処理ステップについては、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２８】
制御回路１０が、装着対象のノズルチップの種類を取得し、それに対応した装着圧入力を取得するところまでは実施形態１と同じである（Ｓ１０，Ｓ１２）。このあと、Ｚ軸モータ駆動回路１６の駆動指令出力を監視して、Ｚ軸駆動モータ１８のモータ負荷を監視する（Ｓ２０）。この監視のためには、例えば、モータ負荷上昇開始の判定のためのしきい値をあらかじめ定め、比較回路３０にて、更に駆動指令とその判定しきい値についても比較を行い、判定しきい値を超えたときに（装着圧入力の基準値を超えたときと区別できる）信号を制御回路１０に供給するようにすればよい。制御回路１０は、その信号を受けると、モータ負荷が上昇したと判断できる。モータ負荷上昇の判定しきい値は、ノイズなどのマージンを考慮した上でモータ負荷が上昇したと判断できる値を設定する。この値は、当然ながら装着圧入力の基準値より小さい。
【００２９】
モータ負荷の上昇を検知すると（Ｓ２０の判定結果がＹｅｓ）、制御回路１０は、その時のノズル基部２４の高さが、正常装着動作時におけるモータ負荷上昇開始の高さの範囲内であるか否かを判定する（Ｓ２２）。このとき、ノズル基部２４の高さの情報は、高さ検出部２６（図１参照）から得られる。
【００３０】
Ｓ２２の判定の結果、正常な高さ範囲内でないと判定された場合は、制御回路１０はジャミングが発生したと判断し（Ｓ２４）、あらかじめ定めたジャミング時の対応処理を実行する。ジャミング時の対応処理としては、例えば、Ｚ軸モータ駆動回路１６に指示を行って分注ヘッド部２０の降下を停止させ、ジャミング発生を報せる警告メッセージを音声出力したり画面表示したりすればよい（Ｓ２６）。なお、Ｓ２２の判定において、モータ負荷の上昇開始が正常な高さ範囲であれば、正常な装着動作が進行中と判断でき、前述の実施形態で説明したのと同様の装着圧入力の判定処理が行われる。
【００３１】
以上説明したように、この実施形態２によれば、モータ負荷とノズル基部高さの監視により、ジャミングの発生を検知し、適切な処置を行うことができる。
【００３２】
なお、モータ負荷上昇が開始する正常な高さは、ノズルチップやチップラックの種類及び組合せにより微妙に異なるので、それらの組合せごとにその高さ（あるいは高さ範囲）をあらかじめ求め、装置に登録しておけば、更に精密なジャミング判定を行うことができる。
【００３３】
また、以上では、ジャミング発生の判定の方式は以上に説明したものに限らない。例えば、別の方式として、モータ負荷の上昇率で判定する方式がある。すなわち、ノズル基部がノズルチップ開口部に正しく挿入されていく時は、ノズル基部は徐々に降下していくのに対し、ノズル基部がチップラック等に当接した時はノズル基部の降下はほとんどない。したがって、正常挿入時よりもジャミング時の方が降下動作に対する抵抗が大きく、モータ負荷が速やかに上昇する。そこで、正常挿入時のモータ負荷の上昇率（具体的にはＺ軸モータへの駆動指令値の上昇率）を装置にあらかじめ登録しておき、実際に検出した駆動指令の上昇率がそれを超えたときにジャミングと判定する。なお、このためには、例えばＺ軸モータ駆動回路１６の駆動指令をデジタル化して順次制御回路１０に入力し、制御回路１０にて駆動指令値の上昇率を求めればよい。正常挿入時の上昇率は、ノズルチップの種類ごとに異なる場合があるので、種類ごとにあらかじめチップ情報テーブル３２に登録しておくことも好適である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡素な構造で、個々のノズルチップの種類に応じた適切な装着圧入力でのチップ装着が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る自動分注装置の要部構成を示す図である。
【図２】  実施形態１におけるノズルチップ装着処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】  実施形態２におけるノズルチップ装着処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  制御回路、１２  Ｘ−Ｙ軸モータ駆動回路、１４  Ｘ−Ｙ軸駆動機構、１６  Ｚ軸モータ駆動回路、１８  Ｚ軸駆動モータ、２０  分注ヘッド部、２２Ｚ軸駆動機構、２４  ノズル基部、２６  高さ検出部、３０  比較回路、３２チップ情報テーブル、４０  基台、１００，１１０  ノズルチップ、２００  チップラック。
【図１】
0004442994.tif 000002
【図２】
0004442994.tif 000003
【図３】
0004442994.tif 000004